JP2013174443A - 距離測定システムおよび距離測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物を工作機械上に乗せたまま、それらまでの距離をはかる。
【解決手段】測定システムは、光ビーム発生器、光学式距離センサ、光学モジュール、およびプロセッサを含む。光学モジュールは、光ビームを受信するように構成され、対象物における１つまたは複数の点に投射するために、異なる光経路を有する複数の光ビームを発生させ、それらを選択的に送信して、対象物における１つまたは複数のそれぞれの点から散乱した１つまたは複数の反射光ビームを発生させるように構成され、また、対象物における１つまたは複数のそれぞれの点までの複数の距離データを取り出すために、１つまたは複数の反射光ビームを取り込み、それらを光学式距離センサに送信するように構成されている。プロセッサは、対象物における１つまたは複数のそれぞれの点に関する位置情報を求めるために距離データを処理するように構成されている。さらに、距離測定方法が提示される。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、概して測定システムおよび測定方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、対象物における点までの距離を測定するための距離測定システムおよび距離測定方法に関する。

コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械（または「マシニングセンタ」）などの機械加工システムは、対象物を機械加工するために広く用いられている。機械加工の間、機械加工される対象物における所望の点までの距離などの寸法を測定することが必要な場合があり、それによって機械加工システムは、機械加工パラメータを調整して、以降の機械加工を続けることができる。対象物が、所望の品質を達成するように適切に構成または形成されることを確実にするために、対象物における点までの距離を測定することが望ましい。

対象物における点までの距離を測定することが試みられている。例えば、対象物における点までの距離を測定するために、いくつかの既存の座標測定機（ＣＭＭ）が用いられている。しかし、座標測定機における対象物の測定は、通常オフラインで行われる。対象物の大きさを測定するためには、測定を行う座標測定機に対象物が取り付けられるように、その対象物の機械加工プロセスを中断する必要がある。

測定後には、測定結果に基づいて、対象物の機械加工プロセスを再開することができる。しかし、高精度の対象物の場合、工作機械から対象物を取り外し、その工作機械に対象物を付け直すことは、工作機械に対象物を再度位置合わせすることに関係する誤差により、実用的ではない。一般に、このような測定は、対象物を所望の寸法に機械加工するために何度か行われる場合があり、対象物を付け直すことに起因する生産性の低下、品質の低下を招き、また時間を浪費する。

現行のいくつかの用途では、タッチプローブも用いられている。タッチプローブは、部品を直接的には測定しないが、測定を行うために用いられるトリガを与えて、工作機械自体のスケールを使って測定を行う。オンマシンタッチプローブを用いることによって、対象物を機械の上に置いたままにしておくことができるため、対象物を付け直すことに起因する品質の損失は起こらない。このような測定法は、タッチプローブによる測定によって機械加工デバイスから対象物を取り外す必要がなくなるために生産性を向上させるが、対象物上におけるタッチプローブの動きが比較的遅いために、依然として時間を浪費する可能性がある。

したがって、対象物を工作機械の上に置いたまま、その対象物における点までの距離を測定するための、新しく、また向上した距離測定システムおよび距離測定方法が必要である。

本発明の一実施形態による距離測定システムが提供される。この距離測定システムは、光ビームを発生させるように構成された光学式距離センサ、第１の光学モジュール、およびプロセッサを含む。第１の光学モジュールは、光ビームを受信するように構成され、対象物における１つまたは複数の点に投射するために、異なる光経路を有する複数の光ビームを発生させ、それらを選択的に送信して、対象物における１つまたは複数のそれぞれの点から散乱した１つまたは複数の反射光ビームを発生させるように構成され、また、対象物における１つまたは複数のそれぞれの点までの複数の距離データを取り出すために、１つまたは複数の反射光ビームを取り込み、それらを光学式距離センサに送信するように構成されている。プロセッサは、対象物における１つまたは複数のそれぞれの点に関する位置情報を求めるために距離データを処理するように構成されている。

本発明の別の実施形態による距離測定方法が提供される。この方法は、光学式距離センサから第１の光学モジュールに光ビームを導入するステップと、対象物における１つまたは複数の点に投射するために、異なる光経路を有する複数の光ビームを発生させ、それらを選択的に送信して、対象物における１つまたは複数のそれぞれの点から散乱した１つまたは複数の反射光ビームを発生させるステップと、対象物における１つまたは複数のそれぞれの点までの複数の距離データを取り出すために、１つまたは複数の反射光ビームを取り込み、それらを光学式距離センサに送信するステップと、距離データを処理して、対象物における１つまたは複数のそれぞれの点に関する位置情報を求めるステップとを含む。

これらおよび他の利点ならびに特徴は、添付図面に関連して提供される本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明から、さらに良く理解されよう。

本発明の一実施形態による距離測定システムの概略図である。 本発明の一実施形態による距離測定システムのレーザ三角測量センサの動作を示す概略図である。 本発明の一実施形態による距離測定システムの例示的な第１の光学モジュールの概略図である。 本発明の一実施形態による距離測定システムの例示的な第１の光学モジュールの概略図である。 本発明の一実施形態による距離測定システムの例示的な第２の光学モジュールの概略図である。 本発明の一実施形態による距離測定システムの例示的な第３の光学モジュールの概略図である。 一実施形態による、対象物における点までの距離の測定を示す概略図である。 一実施形態による、対象物における点までの距離の測定を示す概略図である。 一実施形態による、対象物における点までの距離の測定を示す概略図である。 一実施形態による、対象物における点までの距離の測定を示す概略図である。 一実施形態による、対象物における点までの距離の測定を示す概略図である。

添付図面を参照して、本開示の好ましい実施形態を以下に説明する。以降の説明では、不要な細部によって本開示を不明瞭にすることのないように、周知の機能または構造は、詳細には説明しない。

図１は、本発明の一実施形態による、対象物１００における点までの距離、および／または、対象物１００における２点間の距離などの位置情報を測定するための距離測定システム１０の概略図を示す。図１に示されているように、距離測定システム１０は、光学式距離センサ１１、第１の光学モジュール１２、およびプロセッサ１３を含む。

いくつかの実施形態では、光学式距離センサ１１は、（図２に示されている）離間距離ｄ１および測定範囲ｄ２を定めることができ、それらは、光学式距離センサ１１の測定範囲ｄ２の中に置かれた対象物における点に関する距離測定用のものである。本発明の実施形態では、光学式距離センサ１１は、対象物１００における点（標示せず）に投射するために光ビーム１４を発生させてそれを送信するように構成され、また、対象物１００における点から後方に散乱した反射光ビームを受信して、対象物１００における点までの距離などの位置情報を取り出すように構成されている。説明を簡単にするために単一の対象物１００が図示されているが、様々な用途に応じて、距離測定システム１０におけるそれぞれの光ビームによって、他の対象物を測定することもできる。

光学式距離センサ１１の非限定の例には、レーザ三角測量センサ、白色干渉法センサ（ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｓｅｎｓｏｒ）、または、距離測定用の他の好適な光学式距離センサが含まれ得る。非限定の一例では、光学式距離センサ１１には、ＬＭＩ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｃｏｌｕｍｂｉａ、Ｃａｎａｄａより、Ｓｅｌｃｏｍ ＳＬＳ５０００の商品名で販売されているレーザ三角測量センサが含まれる。

図２は、対象物１００における所望の点に関する距離測定のためのレーザ三角測量センサ１１の動作を示す概略図である。一例では、レーザ三角測量センサ１１の離間距離ｄ１は、１４０ｍｍである。レーザ三角測量センサ１１の測定範囲ｄ２は、０ｍｍから２２０ｍｍまでの範囲である。他の例では、離間距離ｄ１および測定範囲ｄ２は、様々な用途に応じて異なっていてもよい。

図２に示されているように、レーザ三角測量センサ１１は、レーザ発生源１５、レンズユニット１６、および距離プロセッサ１７を含む。レーザ発生源１５は、対象物１００における点に投射するために、レーザ１４を発生させてそれを送信するように構成されている。レンズユニット１６は、対物レンズを含むことができ、対象物１００における点からの反射光ビーム１８を取り込んで、それを、対象物１００における点までの距離を取り出す距離プロセッサ１７に送信するように構成されている。非限定のいくつかの例では、距離プロセッサ１７は、１次元または２次元において均一な抵抗を有するモノリシックのＰＩＮフォトダイオードを含む位置感応検出器を含むことができる。

したがって、動作の間、レーザ発生源１５は、対象物１００における所望の点に投射するためにレーザ１４を発生させてそれを送信する。次に、レンズユニット１６は、対象物１００における点からの反射光ビーム１８を取り込んで、それを、対象物１００における点までの距離を取り出す位置感応検出器１７に送信する。三角測量距離測定法と呼ばれることがある図示構成の場合、レンズユニット１６は、レーザ発生源１５から投射されたレーザ１４の軸（図示せず）に対してある角度で配置された光軸（図示せず）を含む。

さらに図２に示されているように、対象物１００が測定範囲ｄ２の中で動く場合、測定範囲ｄ２の中における対象物１００の位置に応じて、対象物１００における点までの複数の距離を取り出すことができる。図２のレーザ三角測量センサ１１の構成が例示に過ぎない点に留意されたい。レンズユニット１６は、１つまたは複数の光学素子を含むことができる。さらに、距離の測定を行うために、他の光学式距離センサが、他の好適な素子を含むことができる。

図１の構成の場合、第１の光学モジュール１２は、光ビーム１４を受信し、対象物におけるそれぞれの点に投射するために４つの光ビーム２０、２１、２２、２３を発生させて、それらを４つの異なる光経路２４、２５、２６、２７に沿って送信するように構成されている。非限定の例では、第１の光学モジュール１２は、単一の光ビーム１４を受信し、２つ以上の光ビームを、２つ以上のそれぞれの異なる光経路に沿って発生させることができる。

図３は、本発明の一実施形態による距離測定システム１０の例示的な第１の光学モジュール１２の概略図を示す。図３に示されているように、第１の光学モジュール１２は、第１、第２、および第３のビーム分割素子３０、３１、３２、ならびにビーム反射素子３３を含む。ビーム分割素子３０、３１、３２は、分割面７４、７５、７６を含み、ビーム反射素子３３は、反射面７７を含む。図示されている例では、ビーム分割素子３０、３１、３２は、限定されないが、平らなビーム分割ミラーを含む、平らなビーム分割素子を含む。ビーム反射素子３３は、限定されないが、平らなビーム反射ミラーを含む、平らなビーム反射素子を含む。

図３に示されているように、非限定の一例では、ビーム分割素子３０がある位置に配置されており、それによって光ビーム１４は、光ビーム３４に分割され、光ビーム３４は、光ビーム１４の投射方向「Ａ」に垂直な方向に沿って送信され、光ビーム３５は、ビーム分割素子３０の分割面７４を通り、投射方向「Ａ」に沿ってビーム分割素子３０を通過する。

ビーム反射素子３３の反射面７７は、ビーム分割素子３０の分割面７４と同一平面になるように配置されている。ビーム分割素子３１、３２は、ビーム分割素子３０に対して上側の位置、および下側の位置に配置されており、ビーム分割素子３１の分割面７５は、ビーム分割素子３０の分割面７４に平行に配置されており、また、ビーム分割素子３２の分割面７６は、ビーム分割素子３０の分割面７４に垂直に配置されている。

したがって、動作の間、光ビーム１４は、第１の光学モジュール１２に送信され、ビーム分割素子３０によって光ビーム３４、３５に分割される。光ビーム３５は、光ビーム１４の投射方向に沿ってビーム分割素子３２に投射される。その後、光ビーム３５は、第１の光ビーム２０と第２の光ビーム２１に分割される。第１の光ビーム２０は、ビーム分割素子３２を通過し、投射方向と重なり得る第１の光経路２４に沿って、第１の光学モジュール１２の外に送信される。第２の光ビーム２１は、ビーム分割素子３２によって、第１の光学モジュール１２の左側から第１の光学モジュール１２の外に、投射方向に垂直な第２の光経路２５に沿って反射される。

一方、光ビーム３４は、投射方向「Ａ」に垂直な方向に沿ってビーム分割素子３１に投射され、第３の光ビーム２２と第４の光ビーム２３に分割される。第３の光ビーム２２は、ビーム分割素子３１によって、光ビーム３４に垂直な方向に沿ってビーム反射素子３３に反射され、次に、投射方向に垂直な第３の光経路２６に沿って第１の光学モジュール１２の外に反射される。第４の光ビーム２３は、ビーム分割素子３１を通過し、第３の光経路から離れており、また第３の光経路に平行な第４の光ビームに沿って、第１の光学モジュール１２の外へ送信される。

いくつかの用途では、光ビーム２０、２１、２２、２３は、対象物におけるそれぞれの点に投射するために選択的に送信することができる。非限定の一例では、対象物に時間ごとに投射するために、光ビーム２０、２１、２２、２３の１つを選択的に送信することができる。したがって、図３に示されているように、第１の光学モジュール１２は、それぞれの光経路２４、２５、２６、２７を開閉するために配置された複数の可動シャッター４０、４１、４２、４３をさらに含む。例えば、光ビーム２０が対象物１００に選択的に投射される場合、可動シャッター４０は光経路２４を解放し、また可動シャッター４１、４２、４３は、それぞれの光経路２５、２６、２７を閉じる。

いくつかの構成に対しては、光ビーム２０、２１、２２、２３がそれぞれの対象物に投射された後、それぞれの対象物における点までの距離を取り出すために、それぞれの対象物から後方に散乱した反射光ビーム（図示せず）を第１の光学モジュール１２によって取り込み、それらを光学式距離センサ１１に送信することができる。図示されている例では、説明を簡単にするために一部の反射光ビームが示されていない場合がある。レーザ三角測量センサなどの光学式距離センサ１１の動作は、図２に説明用に示されている。いくつかの用途では、光ビーム２０、２１、２２、２３、および、それぞれの反射光ビームは、第１の光学モジュール１２における同じ光学素子によって送信することができる。

図３の構成が例示に過ぎない点に留意されたい。いくつかの例では、第１の光学モジュール１２は、２つ以上の光ビームを発生させる１つまたは複数のビーム分割素子を含むことができる。また、１つまたは複数のビーム反射素子を用いることができる。１つまたは複数のビーム分割素子の位置、および、１つまたは複数のビーム反射素子の位置は、様々な用途に応じて異なっていてもよい。

図４は、本発明の別の実施形態による距離測定システム１０の例示的な第１の光学モジュール１２の概略図である。図４の構成は、図３の構成と類似している。これらの２つの構成は、図４では複数のビーム分割プリズム４４〜４９とビーム反射プリズム５０が、図３に示されているビーム分割ミラー３０〜３２とビーム反射ミラー３３の代わりに用いられている点で異なる。いくかの用途では、ビーム分割プリズム４４、４６、および／または４８は用いられなくてもよい。

したがって、動作の間、光ビーム１４が第１の光学モジュール１２に投射された後、ビーム分割プリズム４４、４５、４６、４７を介して、第１および第２の光ビーム２０、２１が発生する。さらに、ビーム分割プリズム４４、４５、４８、４９、およびビーム反射プリズム５０を介して、第３および第４の光ビーム２２、２３が発生する。同様に、第１、第２、第３、および第４の光ビーム２０、２１、２２、２３のそれぞれを選択的に開閉するために、複数の可動シャッター４０、４１、４２、４３を用いることもできる。

図１に示されている例では、光学式距離センサ１１は、対象物１００における点までの複数の距離データを取り出すことができる。したがって、プロセッサ１３は、光学式距離センサ１１から距離データを取り出し、それを、対象物における点までの平均距離などの位置情報を生成するために、例えば平均するための処理を行うように構成することができる。

特定の用途では、光学式距離センサ１１は、対象物における２つ以上のそれぞれの点までの複数の距離データを取り出すこともできる。それによって、プロセッサ１３は、対象物における２点間の距離などの位置情報を計算することができる。他の用途では、対象物における同じ１点の距離を測定する場合、プロセッサ１３は、光学式距離センサ１１によって取り出された複数の距離データから最大距離と最小距離を特定し、最大距離と最小距離の距離差などの位置情報を生成することもできる。非限定の例では、距離差が所定のしきい値距離を超えない場合、対象物は正常に機械加工されている可能性がある。距離差が所定のしきい値距離を超える場合には、対象物は異常に機械加工されている可能性がある。

いくつかの構成に対しては、本発明の処理タスクを実行するプロセッサ１３は、いかなる特定のプロセッサにも限定されない場合がある。「プロセッサ」という用語は、その用語が本明細書で用いられる場合には、本発明のタスクを実行するために必要な計算または演算を行うことが可能な任意の機械を指すように考えられている。「プロセッサ」という用語は、当業者によって理解されるように、体系化された入力を受け取り、出力を生み出すために所定のルールに従ってその入力を処理することが可能な任意の機械を指すように考えられている。

いくつかの用途では、図１に示されている構成の場合、距離測定システム１０は、光学式距離センサ１１およびプロセッサ１３に通電するバッテリーなどの電源２８をさらに含むことができる。モニタ（図示せず）は、プロセッサ１３に接続されていてもよく、また、対象物における所望の点どうしの間の距離、または所望の点までの距離を表示するために、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイを含むことができる。他の用途では、電源２８およびモニタは、距離測定システム１０に用いられなくてもよい。

図１に示されているように、いくつかの構成に対しては、距離測定システム１０は、第２の光学モジュール５１、および第３の光学モジュール５２をさらに含むことができる。第２の光学モジュール５１は、第１の光学モジュール１２の一方の側に配置されて、第２の光ビーム２１を受信する。第３の光学モジュール５２は、第１の光学モジュール１２の他方の側に配置されて、第３の光ビーム２２を受信する。特定の用途では、第２および第３の光学モジュール５１、５２の位置は、第１の光学モジュール１２から所望の光ビームを受信する様々な用途に応じて異なっていてもよい。他の用途では、第２の光学モジュール５１および／または第３の光学モジュール５２は、用いられても用いられなくてもよい。

図１に示されている構成の場合、第２の光学モジュール５１は、第２の光ビーム２１を受信し、第２の光学モジュール５１の左側と右側からそれぞれ外部に送信される光ビーム５３、５４を発生させる。第３の光学モジュール５２は、第３の光ビーム２２を受信し、第３の光学モジュール５２の上側と下側から外部に送信される光ビーム５５、５６を発生させる。

図５〜図６は、本発明の一実施形態による距離測定システム１０の第２および第３の光学モジュール５１、５２の概略図を示す。図５に示されているように、第２の光学モジュール５１は、ビーム反射素子５７、一対のビーム分割プリズム５８、５９、およびビーム反射プリズム６０を含む。非限定の例では、反射素子５７は、反射ミラーを含むことができる。他の用途では、ビーム反射素子５７は、ビーム反射プリズムを含むことができ、また、ビーム分割プリズム５８、５９の代わりに複数のビーム分割ミラーを用いることもできる。ビーム分割プリズム５８は用いられなくてもよい。

したがって、動作の間、第２の光ビーム２１は、ビーム反射素子５７によって反射し、次に、ビーム分割プリズム５９によって光ビーム５３、５４に分割される。光ビーム５３は、反射した光ビーム２１に垂直な方向に沿って対象物（図示せず）に投射される。光ビーム５４は、反射して、光ビーム５３の方向と反対の方向に沿って、ビーム反射プリズム６０によって対象物（図示せず）に投射される。

対象物のそれぞれの点に対する光ビーム５３、５４を投射した後、光学式距離センサ１１による検出のために、第２の光学モジュール５１によって、それぞれの対象物から散乱したそれぞれの反射光ビーム（図示せず）を取り込み、第１の光学モジュール１２に送信することができる。したがって、第２の光ビーム２１は、第２の光学モジュール５１を通過した後、距離測定システム１０を動かさずに、対象物における１つまたは複数の点に選択的に投射することができる。特定の用途では、光ビーム５３、５４、およびそれぞれの反射光ビームは、第１および第２の光学モジュール１２、５１における同じ光学素子によって、光学式距離センサ１１とそれぞれの対象物との間を伝わることができる。

図６に示されている構成の場合、第３の光学モジュール５２は、一対のビーム分割プリズム６１、６２、および、ビーム分割プリズム６１、６２の後方に配置されたビーム反射プリズム６３を含む。いくつかの用途では、ビーム分割プリズム６１、６２、およびビーム反射プリズム６３の代わりに、ビーム分割ミラーとビーム反射ミラーを用いることができる。特定の用途では、ビーム分割プリズム６１は、用いられても用いられなくてもよい。

したがって、動作の間、第３の光ビーム２２は、ビーム分割プリズム６２によって光ビーム５５、５６に分割される。光ビーム５５は、第３の光ビーム２２に垂直な方向に沿って対象物に投射される。光ビーム５６は、反射して、光ビーム５５の方向と反対の方向に沿って、ビーム反射プリズム６３によって対象物に投射される。

同様に、それぞれの対象物に光ビーム５５、５６を投射した後、光学式距離センサ１１による検出のために、第３の光学モジュール５２によって、それぞれの対象物から散乱したそれぞれの反射光ビーム（図示せず）を取り込み、第１の光学モジュール１２に送信することができる。したがって、距離測定システム１０を動かさずに、第３の光ビーム２２も同様に、第３の光学モジュール５１を通過した後に、対象物における１つまたは複数の点に選択的に投射することができる。特定の用途では、光ビーム５５、５６、およびそれぞれの反射光ビームは、第１および第３の光学モジュール１２、５２における同じ光学素子によって、光学式距離センサ１１とそれぞれの対象物との間を伝わることができる。

特定の構成の場合、光ビーム５３〜５６の１つを、それぞれの対象物に選択的に投射することができる。図３〜図４の構成と同様であるいくつかの例では、それぞれの光ビーム５３〜５６の光経路を開閉するために複数のシャッター（図示せず）を用いることができる。

他の例では、ビーム分割プリズム５９、６２は、偏光ビーム分割プリズムを含むことができ、また距離測定システム１０は、図１に示されているように、光学式距離センサ１１と第１の光学モジュール１２との間に配置された直線偏光子６４、および可動半波長素子６５をさらに含む。いくつかの例では、半波長素子６５は、光ビーム１４の光学経路（標示せず）に入ることができ、その光学経路から出ることができ、また、光ビーム１４の偏光方向に対して例えば４５度の角度をもつ固定軸を有する半波長プレートを含むことができる。

したがって、図５に示されているように、動作の間、第２の光ビーム２１が第２の光学モジュール５１に送信される場合には、直線偏光子６４と偏光ビーム分割プリズム５９があることによって、光ビーム５３を発生させることはできるが、光ビーム５４を発生させることはできない。半波長素子６５が光ビーム１４の光学経路に入ると、直線偏光子６４を通過した後の光ビーム１４の偏光状態を変化させることができ、それによって、光ビーム５３を発生させることができなくなり、また、光ビーム５４を発生させることができるようになる。

同様に、図６の構成の場合には、直線偏光子６４、半波長素子６５、および偏光ビーム分割プリズム６２の連携を介して、光ビーム５５、５６をそれぞれの対象物における点に選択的に投射することができる。特定の用途では、図４の構成の場合、１つまたは複数のビーム分割プリズムは、１つまたは複数のそれぞれの偏光ビーム分割プリズムを含むこともできる。

図７〜図１１は、様々な実施形態による対象物における点どうしの間の距離、および／または、対象物における点までの距離の測定を示す概略図である。図７に示されているように、距離測定システム１０は、段６６の高さを測定する。測定の間、上部面６７における点（標示せず）までの距離データを求めるために、上部面６７における点に第１の光ビーム２０を投射することができる。次に、第１の光ビーム２０を低い方の上部面６８における点に移して、下部面６８における点までの距離データを生成する。最後に、上部面６７と下部面６８の間の段６６の高さを、上部面６７における点と下部面６８における点について求められた距離データに基づき、プロセッサ１３によって求めることができる。

特定の用途では、光学式距離センサ１１は、２つ以上の、例えば数千個を上まわる、対象物における点までの距離データを取り出すことができる。したがって、上部面６７における点までの距離を測定する間、光学式距離センサ１１によって２つ以上の距離データを取り出し、それらを、処理された第１の距離を生成するための処理を行うためにプロセッサ１３に送信することができる。非限定の一例では、プロセッサ１３は、平均距離を生成するために２つ以上の距離データを平均することができる。

同様に、下部面６８における点までの距離を測定する間、プロセッサ１３は、光学式距離センサ１１によって取り出された、下部面６８における点までの２つ以上の距離データを処理し、処理された第２の距離を生成する。最後に、プロセッサ１３は、処理された第１の距離と、処理された第２の距離との差を計算することによって、段６６の高さを求めることができる。特定の用途では、プロセッサ１３は、上部面６７および下部面６８における２つの点のそれぞれに対して２つ以上の距離データが取り出された後に、それらの距離データを処理することができる。

図７の構成と同様に、距離測定システム１０は、光ビーム５５、５６による（図８に示されている）段６９の厚さ、光ビーム５５、５６による（図９に示されている）溝７０の高さ、および、光ビーム５３、５４による（図１０に示されている）溝７１の幅をそれぞれ求めるために用いることができる。

図１１に示されているように、対象物１００の直径を求めるために、第１の光ビーム２０または第４の光ビーム２３を用いることができる。同様に、対象物１００の回転の間に、第１の光ビーム２０または第４の光ビーム２３を対象物１００に投射することができる。光学式距離センサ１１は、対象物１００からの反射光ビームに基づき、複数の直径データを取り出し、それらを、処理された直径データを得るための処理を行うために、プロセッサ１３に送信することができる。

いくつかの用途では、プロセッサ１３は、光学式距離センサ１１によって取り出される直径データから、最大直径データと最小直径データを特定することができ、また、最大データと最小データの直径差が所定のしきい値より大きいかどうかを判定することができる。非限定の一例では、直径差が所定のしきい値を超えない場合、その対象物は正常に機械加工されている可能性がある。直径差が所定のしきい値を超える場合、その対象物は異常に機械加工されている可能性がある。

同様に、図７〜図１０の構成に対して、各点に対する距離を測定する間、プロセッサ１３は、光学式距離センサ１１によって取り出された距離データから、最大距離データと最小距離データを特定することもできる。

いくつかの用途では、異なる光経路を有する光ビームに基づいて距離を測定することができるため、例えば、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工システムと容易に通信を行えるように、異なる光経路を有する光ビームを介して測定可能な、ある点までの距離が、同じ１つの座標系において認識し得るように距離測定システム１０を較正することができるすなわち、較正後には、異なる光経路を有する光ビームを介して距離測定システム１０によって測定することができる、ある点までの距離が同じとなり得る。いくつかの例では、距離測定システム１０の較正は、実験および／または経験によって行うことができる。

いくつかの実施形態では、図１に示されているように、距離測定システム１０のプロセッサ１３は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工システム７２と通信して、機械加工される対象物における所望の点どうしの間の距離、および／または所望の点までの距離などの寸法情報を提供することができ、それによって機械加工システム７２は、機械加工パラメータを調整して、以降の機械加工を続けることができる。特定の用途では、プロセッサ１３は、無線接続またはケーブル接続を介して、機械加工システム７２と通信することができる。

図１に示されている構成の場合、距離測定システム１０は、保持用素子７３をさらに含むことができ、この保持用素子７３によって、距離測定システム１０を機械加工システム７２に取り外し可能に取り付けることができ、そのため測定の間には、機械加工される対象物は機械加工システム７２から外れることがなく、また従来の測定システムに比べて多くの時間を節約することができる。

本発明の実施形態では、距離測定システム１０は、異なる光経路に沿って複数の光ビームを発生させることができる。したがって、例えば段や溝などの様々な部分の外形測定である、様々な用途に応じて、効率的である可能性があり、また、様々な部分の外形測定に対して良好なアクセス能力を提供可能な所望の光ビームを、測定を行うために選択的に発生させることができる。距離測定システム１０は、従来の測定システムに比べて高品質の位置情報を提供するように処理される、対象物における点までの２つ以上の距離データを生成することができる。さらに、距離測定システム１０は、機械加工品質を確実なものとするためにＣＮＣ機械加工システムと通信することができ、また、従来のＣＮＣ機械加工システムに後付けすることができる。

本開示が示され、典型的な実施形態について説明されたが、いかなる方法においても、本開示の主旨から逸脱することなく様々な変更および代用がなされ得るため、本開示は、示された細部に限定されるようには考えられていない。したがって、本明細書における開示に関するさらなる変更および等価物は、当業者には日常的程度の実験によって思い浮かぶ可能性があり、このような全ての変更および等価物は、以降の特許請求の範囲によって定義される本開示の主旨および範囲に含まれるものと考えられる。

１０ 距離測定システム
１１ 光学式距離センサ
１２ 第１の光学モジュール
１３ プロセッサ
１４ 光ビーム
１５ レーザ発生源
１６ レンズユニット
１７ 距離プロセッサ
１８ 反射光ビーム
２０ 第１の光ビーム
２１ 第２の光ビーム
２２ 第３の光ビーム
２３ 第４の光ビーム
２４ 第１の光経路
２５ 第２の光経路
２６ 第３の光経路
２７ 第４の光経路
２８ 電源
３０ 第１のビーム分割素子
３１ 第２のビーム分割素子
３２ 第３のビーム分割素子
３３ ビーム反射素子
３４ 光ビーム
３５ 光ビーム
４０ 可動シャッター
４１ 可動シャッター
４２ 可動シャッター
４３ 可動シャッター
４４ ビーム分割プリズム
４５ ビーム分割プリズム
４６ ビーム分割プリズム
４７ ビーム分割プリズム
４８ ビーム分割プリズム
４９ ビーム分割プリズム
５０ ビーム反射プリズム
５１ 第２の光学モジュール
５２ 第３の光学モジュール
５３ 光ビーム
５４ 光ビーム
５５ 光ビーム
５６ 光ビーム
５７ ビーム反射素子
５８ ビーム分割プリズム
５９ ビーム分割プリズム
６０ ビーム反射プリズム
６１ ビーム分割プリズム
６２ ビーム分割プリズム
６３ ビーム反射プリズム
６４ 直線偏光子
６５ 可動半波長素子
６６ 段
６７ 上部面
６８ 下部面
６９ 段
７０ 溝
７１ 溝
７２ コンピュータ数値制御機械加工システム
７３ 保持用素子
７４ 分割面
７５ 分割面
７６ 分割面
７７ 反射面
１００ 対象物
Ａ 投射方向
ｄ１ 離間距離
ｄ２ 測定範囲

Claims (24)

1. 光ビームを発生させるように構成された光学式距離センサと、
   光ビームを受信して、異なる光経路を有する複数の光ビームを発生させるように構成され、対象物における１つまたは複数の点に投射するために、異なる光経路を有する光ビームを選択的に送信して、前記対象物における１つまたは複数のそれぞれの点から散乱した１つまたは複数の反射光ビームを発生させるように構成され、また、前記対象物における１つまたは複数のそれぞれの点までの複数の距離データを取り出すために、前記１つまたは複数の反射光ビームを取り込み、それらを前記光学式距離センサに送信するように構成された第１の光学モジュールと、
   前記対象物における１つまたは複数のそれぞれの点に関する位置情報を求めるために、前記距離データを処理するように構成されたプロセッサと
   を含む距離測定システム。
2. 前記第１の光学モジュールが、１つまたは複数のビーム分割素子を含む、請求項１記載の距離測定システム。
3. 前記第１の光学モジュールが、前記１つまたは複数のビーム分割素子と連携する１つまたは複数のビーム反射素子を含む、請求項２記載の距離測定システム。
4. 前記第１の光学モジュールが、第１、第２、および第３のビーム分割素子、ならびに１つのビーム反射素子を含む、請求項３記載の距離測定システム。
5. 前記第１のビーム分割素子が、前記光学式距離センサからの光ビームを、前記光ビームの投射方向に垂直な方向に沿って送信される光ビームと、前記投射方向に沿って送信される光ビームとに分割するように配置されている、請求項４記載の距離測定システム。
6. 前記第２のビーム分割素子の分割面が、前記第１のビーム分割素子の分割面に平行に配置されており、前記第３のビーム分割素子の分割面が、前記第１のビーム分割素子の分割面に垂直に配置されており、前記ビーム反射素子の反射面が、前記第１のビーム分割素子の分割面と同一平面になるように配置されている、請求項５記載の距離測定システム。
7. 第２の光学モジュールであって、前記第１の光学モジュールからの光ビームの１つを受信し、２つの光ビームを発生させ、前記対象物における１つまたは複数のそれぞれの点に投射するために前記第２の光学モジュールの右側および左側のそれぞれから前記２つの光ビームを選択的に送信するように構成された、第２の光学モジュールをさらに含む、請求項１記載の距離測定システム。
8. 前記第２の光学モジュールが、ビーム反射ミラー、ビーム反射プリズム、および、前記ビーム反射ミラーと前記ビーム反射プリズムの間に配置された１つまたは複数のビーム分割プリズムを含む、請求項７記載の距離測定システム。
9. 第３の光学モジュールであって、前記第１の光学モジュールからの光ビームの１つを受信し、２つの光ビームを発生させ、前記対象物における１つまたは複数のそれぞれの点に投射するために前記第３の光学モジュールの上側および下側のそれぞれから前記２つの光ビームを選択的に送信するように構成された、第３の光学モジュールをさらに含む、請求項１記載の距離測定システム。
10. 前記第３の光学モジュールが、１つまたは複数のビーム分割プリズム、および、前記１つまたは複数のビーム分割プリズムの後方に配置されたビーム反射プリズムを含む、請求項９記載の距離測定システム。
11. 前記光学式距離センサと前記第１の光学モジュールとの間に配置された直線偏光子および可動半波長素子をさらに含む、請求項１記載の距離測定システム。
12. 前記第１の光学モジュールが、前記第１の光学モジュールの光ビームの光経路を開閉するために配置された複数のシャッターを含む、請求項１記載の距離測定システム。
13. 前記距離測定システムをコンピュータ数値制御機械加工システムに取り付けるための保持用素子をさらに含み、前記プロセッサが前記コンピュータ数値制御機械加工システムと通信する、請求項１記載の距離測定システム。
14. 前記光学式距離センサがレーザ三角測量センサを含む、請求項１記載の距離測定システム。
15. 光学式距離センサから第１の光学モジュールに光ビームを導入するステップと、
    対象物における１つまたは複数の点に投射するために、異なる光経路を有する複数の光ビームを発生させ、それらを選択的に送信して、前記対象物における１つまたは複数のそれぞれの点から散乱した１つまたは複数の反射光ビームを発生させるステップと、
    前記対象物における１つまたは複数のそれぞれの点までの複数の距離データを取り出すために、前記１つまたは複数の反射光ビームを取り込み、それらを前記光学式距離センサに送信するステップと、
    前記距離データを処理して、前記対象物における１つまたは複数のそれぞれの点に関する位置情報を求めるステップと
    を含む距離測定方法。
16. 異なる光経路を有する光ビームの１つが、前記対象物における１つまたは複数の点に毎度選択的に投射される、請求項１５記載の距離測定方法。
17. 異なる光経路を有する光ビームを発生させ、それらを前記対象物における１つまたは複数の点に選択的に投射するステップと、前記１つまたは複数の反射光ビームを取り込み、それらを前記光学式距離センサに送信するステップとが、前記第１の光学モジュールを介して行われる、請求項１５記載の距離測定方法。
18. 異なる光経路を有する光ビームの１つを第２の光学モジュールに導入して、２つの光ビームを発生させ、前記第２の光学モジュールの右側および左側のそれぞれから前記対象物における１つまたは複数のそれぞれの点に前記２つの光ビームを選択的に投射するステップをさらに含む、請求項１５記載の距離測定方法。
19. 異なる光経路を有する光ビームの１つを第３の光学モジュールに導入して、２つの光ビームを発生させ、前記第３の光学モジュールの上側および下側のそれぞれから前記対象物における１つまたは複数のそれぞれの点に前記２つの光ビームを選択的に投射するステップをさらに含む、請求項１５記載の距離測定方法。
20. 前記距離データを処理するステップが、前記距離データを平均して、前記対象物における１つまたは複数のそれぞれの点までの平均距離を求めるステップを含む、請求項１５記載の距離測定方法。
21. 前記距離データを処理するステップが、前記対象物における１つまたは複数の点のそれぞれに対する前記距離データの中から、最大データと最小データを特定するステップを含む、請求項２０記載の距離測定方法。
22. 前記距離データを処理するステップが、前記対象物における２つの点のそれぞれに対する平均距離に基づき、前記対象物における２つの点の距離差を計算するステップを含む、請求項２１記載の距離測定方法。
23. 前記光学式センサからの光ビームが前記第１の光学モジュールに導入される前に、前記光学式距離センサと前記第１の光学モジュールとの間に配置される直線偏光子および可動半波長素子を設けるステップをさらに含む、請求項１５記載の距離測定方法。
24. 前記位置情報をコンピュータ数値制御機械加工システムに導入するステップをさらに含む、請求項１５記載の距離測定方法。

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